超临界直流锅炉的结焦原因以及改进方法研究

吴泽 李建华 李昌昌 唱文学

摘  要：超临界直流锅炉是电厂电力生产中的重要设备，对于电厂正常运行而言起到了非常关键的作用。但是，在超临界直流锅炉有效工作的过程中，燃煤成分、燃煤品种、燃煤物理成分以及锅炉结构都会在一定程度上影响锅炉运行，造成结焦问题。本文笔者对超临界直流锅炉的结焦问题进行了分析研究，在文章中详细阐述了超临界直流锅炉的结焦原因，并提出了超临界直流锅炉的结焦问题的改进方法。

关键词：超临界直流锅炉  结焦原因  改进措施  过热器

中图分类号：TM621.2                        文獻标识码：A                文章编号：1674-098X（2020）09（b）-0102-03

Abstract：Supercritical once-through boiler is an important equipment in power plant power production， and plays a very critical role in the normal operation of the power plant. However， during the effective operation of the supercritical once-through boiler， the coal-burning composition， coal-burning type， coal-burning physical composition， and boiler structure will affect the boiler operation to a certain extent， causing coking problems. In this paper， the author analyzes and analyzes the coking problem of supercritical once-through boilers. In this article， the cause of coking in supercritical once-through boilers is elaborated in detail， and the improved method of supercritical once-through boilers' coking problem is proposed.

Key Words： Supercritical once-through boiler; Cause of coking; Improvement measures; Superheater

超临界直流锅炉在电厂中的应用非常重要，锅炉自身的工作性能也直接决定了电厂能源生产和供应。而在最近几年，超临界直流锅炉的耗能相对较高，其主要原因就是超临界直流锅炉结焦，导致自身工作状态降低。所以，当前对于超临界直流锅炉结焦问题的改善至关重要。

1  超临界直流锅炉的结焦问题产生原因

1.1 试验分析锅炉介绍

为了研究超临界直流锅炉结焦原因，本文以某电厂工程的超临界直流锅炉为例进行了试验研究。该电厂超临界直流锅炉设备型号选择HG-1164/25.4-YM1，该型号锅炉为350MW直流锅炉。在进行锅炉结焦试验过程中，试验煤质煤种选择使用烟煤。以下表1为2×350MW功率超临界直流锅炉的具体参数值。

2  超临界直流锅炉结焦的原因分析

在超临界直流锅炉正常投入生产的过程中，自身对煤质材料燃烧要发生高温、物理以及化学反应，而反应势必会形成煤气、焦气等物质，而各种物质在炉膛内无法全部排放，堆积一段时间后就会形成结焦现象，而对本锅炉进行试验分析发现，超临界直流锅炉的结焦原因具体包括以下几个方面。

首先，锅炉结构设计是影响超临界直流锅炉结焦问题的主要原因之一。煤碳在炉膛内进行燃烧，炉膛的空间结构，接触面积都会对煤炭的燃烧进行影响，煤炭燃烧效果受到影响，从而导致炉膛结焦问题。本工程炉膛水平截面的尺寸设计为15.287m×13.217m，炉膛整体形状结构设计为长方形，并且为了保证有效的燃烧空间锅炉炉膛高度设计为60.5m。

其次，超临界直流锅炉结焦的产生原因还包括煤炭煤质因素，煤炭在锅炉膛内燃烧，煤炭灰质和熔化温度在一定程度上会影响煤质的挥发分、低灰分，从而形成结焦问题。一方面，煤炭煤质中如果含有的元素种类相对比较多，就会导致煤炭自身的熔点降低，从而更容易发生结焦。煤炭煤质是由不同的元素组成，并且不同的元素也具有不同的熔点，而煤炭整合后，整体熔点并不是各元素熔点相加，而是由各元素之间化学反应决定，而一般情况下，煤炭中其他元素种类越多，熔点将会越低，所以更容易发生结焦。另外一个方面，煤炭资源中如果碱金属含量超标，就会造成锅炉结渣问题。煤炭碱金属元素在不充分燃烧后会产生大量的沉积物，不仅沉积在炉膛，也可以沉积在炉口，从而加大了炉膛结焦的概率。表2 为本实验煤质和设计煤种的各方面对比。

第三，超临界直流锅炉中的还原性气体，会导致锅炉结焦问题。在超临界直流锅炉设计过程中，烟道阻力系数设计非常关键，如果烟道阻力设计相对比较少，就会导致设计的锅炉生产过程中，送风量值难以控制，所以锅炉在燃烧过程中会出现不充分燃烧现象，而不充分燃烧会产生一氧化碳其他，一氧化碳是还原性其他，会将三氧化二铁还原为氧化铁，而氧化铁的温度为1000°C   ～1200°C  之间，相对比较低，所以更容易造成结焦。

第四，锅炉出现漏风问题将造成锅炉结焦现象。炉膛风量一定程度上决定了锅炉燃烧效果，如果锅炉出现漏风问题，就会是锅炉内部的燃烧火焰中心发生向上偏移现象，从而造成炉膛上部的烟气温度上升，导致整体炉膛结构容易发生烟气结焦现象。

3  超临界直流锅炉结焦问题的解决

超临界直流锅炉结焦问题的影响因素复杂，所以在具体解决中应该从锅炉结构、煤炭煤质、运行工况等3个方面进行优化，以下是具体解决办法[1]。

3.1 对锅炉的过热器进行改造

通过锅炉过热器的有效改造可以合理地增加锅炉燃烧换热面积，从而对锅炉炉膛和路口位置的烟气进行有效降温，温度降低就会加快烟气排放速度，从而减少烟气结焦。本工程超临界直流锅炉在优化过程中选择对过热器的受热面管长度进行增加，来实现换热面积扩大。

3.2 对锅炉煤炭进行掺烧

煤炭煤质燃烧性质对锅炉的结焦问题造成不小的影响，所以在进行结焦问题解决过程中，应该对煤炭的燃烧过程进行优化[3]。一方面，对煤炉燃烧的煤炭煤种进行优化选择，合理选择燃烧煤种，有利于结焦问题的控制。另一方面，可以适当的掺入其他煤灰、煤质，以提升煤碳燃烧的质量。

3.3 增加吹灰器装置

在优化超临界直流锅炉结构设计过程中，可以设计增加吹灰器装置，利用吹灰器装置对超临界直流锅炉的燃烧灰进行有效处理。吹灰器的增加位置为屏式过热器和末级过热器之间。本超临界直流锅炉设计加装吹灰器，吹灰器的吹动压力设置为2MPa，在锅炉工作中安排3～4次的吹灰[4]。

3.4 采用除焦剂对锅炉进行清理

超临界直流锅炉结焦后如果不能及时进行清理，就会导致结焦越来越严重，从而对锅炉运行效率造成更严重的影响，所以可以设计使用除焦剂进行有效清理，组织锅炉进一步结焦[5]。当前结焦剂的功效非常多言，包括催化功能、脫硫功能、清净功能、改性功能以及稳定功能等多种形式。其主要除焦原理包括以下几方面内容：（1）当除焦剂进入到炉膛中，自身会迅速附着在炉膛内壁，并直接与炉膛的焦渣物体发生反应。（2）焦渣物体受到催化、除硫作用之后自身的酸性氧化物被除焦剂溶解。（3）除焦剂的催化作用还会使锅炉内壁的焦渣法还是能共熔反应产生共熔物质，共熔物质会改变焦渣的性质状态，包括物理表现变得稀疏、化学表现溶解速度快。（4）除焦剂通过与焦渣发生反应而使焦渣变得更好处理，实现焦渣清洗脱落的目的。本锅炉班组中设计每个锅炉班组的锅炉投入两桶除焦剂进行使用。

3.5 控制锅炉漏风问题

超临界直流锅炉炉底漏风问题的解决对于结焦现象的减少非常重要，可以使用液压关断门的方法进行漏风控制，液压关断门对风门进行局部的调节，从而做到控制漏风[6]。另外，还可以采用对炉底水封进行密实处理的方法，增加漏风保护。

4  结语

本文从控制锅炉漏风、优化过热器结构、优化煤炭燃烧、定期处理结焦以及增加吹灰装置五个方面阐述了超临界直流锅炉结焦问题解决的有效策略。希望能够对超临界直流锅炉结焦问题的解决有所帮助。

参考文献

[1] 郭馨.660MW超超临界二次再热锅炉调温策略研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017.

[2] 袁德权，吴景兴，冷杰.350MW超临界直流锅炉结焦原因分析与改进[J].锅炉制造，2016（1）：7-9.

[3] 林树亮，李建军.350MW超临界直流锅炉结焦原因分析与改进[J].山东工业技术，2018（19）：167.

[4] 蒲江.1000MW锅炉结焦原因分析及解决措施[J].绿色科技，2018（8）：218-221.

[5] 王林，王红雨，韩瑞，等.超临界热电联产锅炉结焦机理分析与工程调整措施[J].燃烧科学与技术，2019，25（1）：37-44.

[6] 秦保国.超临界直流锅炉水冷壁水动力特性研究[J].通讯世界，2019，26（2）：188-189.